JP2012017921A - Heat exchanger and intake air cooling system of engine using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体を熱媒体により冷却又は加熱する熱交換器と、その熱交換器を用いたエンジンの吸気冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger that cools or heats a fluid with a heat medium, and an intake air cooling device for an engine that uses the heat exchanger.
従来、ブロワの空気吐出管又はターボ過給機のブロワ出口と空気冷却器とが曲り及び面積拡大を伴って連通する空気冷却器の入口ダクト内の空気通路が複数個の主ガイドベーンでほぼ等分割され、各分割された通路にその通路幅の1/2〜1/4の範囲内の曲り内側寄りの位置にそれぞれ副ガイドベーンが設けられたディーゼル機関用過給気冷却器の入口ダクトが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。このディーゼル機関用過給気冷却器では、ターボ過給機のブロワ出口より吐出された高温高圧の空気が、空気吐出管及び接続ダクト(入口ダクト)を経て空気冷却管に導入され、そこで冷却されて空気溜まりに供給され、この空気溜まりから各シリンダへ分配されるように構成される。また接続ダクトの外板によって構成されかつ曲り及び面積急拡大を伴う空気通路断面が、接続ダクトの外板の曲りに対応して彎曲した主ガイドベーンによりほぼ通路面積が等分割される。更に主ガイドベーンにより分割された空気通路が副ガイドベーンによって再分割され、副ガイドベーンの曲りの外側に当たる通路の幅をXAとし、副ガイドベーンの曲りの内側に当たる通路の幅をXBとするとき、XA及びXBが1/2>XB/(XA+XB)>1/4という関係式を満たすように設定される。 Conventionally, the air passages in the inlet duct of the air cooler where the blower air discharge pipe or the blower outlet of the turbocharger and the air cooler communicate with each other with bending and area expansion are substantially equal by a plurality of main guide vanes. An inlet duct of a supercharged air cooler for a diesel engine in which a sub-guide vane is provided in each divided passage, and a sub guide vane is provided at a position closer to the inside of the curve within a range of 1/2 to 1/4 of the passage width. (For example, refer to Patent Document 1). In this supercharged air cooler for diesel engines, the high-temperature and high-pressure air discharged from the blower outlet of the turbocharger is introduced into the air cooling pipe through the air discharge pipe and the connection duct (inlet duct) and cooled there. The air is supplied to the air reservoir, and is distributed from the air reservoir to each cylinder. Further, the passage area is substantially divided by the main guide vane which is formed by the outer plate of the connecting duct and is bent corresponding to the bending of the outer plate of the connecting duct. Further, the air passage divided by the main guide vane is subdivided by the sub guide vane, the width of the passage corresponding to the outside of the bending of the sub guide vane is X A, and the width of the passage corresponding to the inside of the bending of the sub guide vane is X B X A and X B are set so as to satisfy the relational expression of 1/2> X B / (X A + X B )> ¼.
このように構成されたディーゼル機関用過給気冷却器の入口ダクトでは、副ガイドベーンの位置を各通路幅の曲りの内側から1/2〜1/4にすると、圧力損失が急激に減少するという圧力損失軽減作用が実現される。またこの圧力損失軽減作用は同時に接続ダクト(入口ダクト)内に均一な流れが生じるので、空気冷却器内で通路面積全体に空気が流れて、冷却効果が向上し、冷却効果向上作用が実現される。更に空気溜まり側で誘起される給気系の脈動に対して各通路がそれぞれ異なる気柱として振動応答特性を有しているので、給気系の脈動を減衰させる脈動減衰作用が実現される。この結果、上記圧力損失軽減作用、冷却効果向上作用及び脈動減衰作用により低圧力損失、冷却効果良好及び低変動圧力の給気系としての要件を満足するとともに、スペース的にも接続ダクトの小型化を図ることができる。 In the inlet duct of the supercharged air cooler for a diesel engine configured as described above, when the position of the sub guide vane is set to ½ to ¼ from the inside of the bending of each passage width, the pressure loss rapidly decreases. The pressure loss mitigating action is realized. In addition, this pressure loss mitigation action produces a uniform flow in the connection duct (inlet duct) at the same time, so that air flows through the entire passage area in the air cooler, improving the cooling effect and realizing the action of improving the cooling effect. The Further, since each passage has vibration response characteristics as different air columns with respect to the pulsation of the air supply system induced on the air reservoir side, a pulsation damping action that attenuates the pulsation of the air supply system is realized. As a result, the pressure loss mitigating action, cooling effect improving action and pulsation damping action satisfy the requirements as a low pressure loss, good cooling effect and low fluctuating pressure air supply system. Can be achieved.
しかし、上記従来の特許文献1に示されたディーゼル機関用過給気冷却器の入口ダクトでは、接続ダクト(入口ダクト)の外板、主ガイドベーン及び副ガイドベーンが所定の曲率で彎曲した比較的複雑な形状に形成されているため、これらの部材の曲げ加工の工数が増大するとともに、外板への主ガイドベーン及び副ガイドベーンの溶接工数が増大する不具合があった。
However, in the inlet duct of the supercharged air cooler for a diesel engine shown in the above-mentioned
本発明の目的は、入口側タンク内にガイドベーンを設けることなく、チューブの比較的簡単な形状の変更で、一部のチューブへの流体の流れの偏りを抑制でき、熱交換性能を向上できる、熱交換器及びそれを用いたエンジンの吸気冷却装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a relatively simple change in the shape of the tube without providing a guide vane in the inlet side tank, thereby suppressing the uneven flow of fluid to some tubes and improving the heat exchange performance. An object of the present invention is to provide a heat exchanger and an intake air cooling device for an engine using the heat exchanger.
本発明の第1の観点は、図1及び図2に示すように、水平方向に延びかつ鉛直方向に間隔をあけて配設され内部に流体の通過する扁平通路が形成された複数本のチューブ21a〜23aと、これらのチューブ21a〜23aの間に配設され隣り合うチューブ21a〜23aに交互に接触するように波板状に形成された複数枚のフィン24と、チューブ21a〜23aの流体入口側に設けられ複数本のチューブ21a〜23aの流体入口に連通接続された単一の入口側タンク25と、チューブ21a〜23aの流体出口側に設けられ複数本のチューブ21a〜23aの流体出口に連通接続された単一の出口側タンク26と、入口側タンク25に形成され入口側タンク25に流体を導入するための流体導入口25aと、出口側タンク26に形成され出口側タンク26から流体を排出するための流体排出口26aとを備えた熱交換器において、複数本のチューブ21a〜23aのうち流体導入口25aに対向するチューブ21aの水平段における孔面積が最も小さく形成され、流体導入口25aから鉛直方向に離れるに従ってチューブ22a,23aの孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように構成されたことを特徴とする。
As shown in FIGS. 1 and 2, the first aspect of the present invention is a plurality of tubes in which flat passages are formed that extend in the horizontal direction and are spaced apart in the vertical direction and through which fluid passes. 21a to 23a, a plurality of
本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に図1及び図2に示すように、複数本のチューブ21a〜23aがそれぞれ同一の長さを有し、複数本のチューブ21a〜23aがそれぞれ同一の高さを有し、各水平段におけるチューブ21a〜23aが同一幅内に収まるように幅方向に単一本又は複数本設けられ、複数本のチューブ21a〜23aのうち流体導入口25aに対向する水平段におけるチューブ21aの本数が最も多く形成され、流体導入口25aから鉛直方向に離れるに従ってチューブ22a,23aの本数が複数の水平段毎又は各水平段毎に少なくなるように構成されたことを特徴とする。
2nd viewpoint of this invention is invention based on 1st viewpoint, Comprising: As shown in FIG.1 and FIG.2, the
本発明の第3の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に図4及び図5に示すように、複数本のチューブ61a〜63aがそれぞれ同一の長さを有し、複数本のチューブ61a〜63aがそれぞれ同一の幅を有し、複数本のチューブ61a〜63aのうち流体導入口25aに対向するチューブ61aの高さが最も低く形成され、流体導入口25aから鉛直方向に離れるに従ってチューブ62a,63aの高さが複数の水平段毎又は各水平段毎に高くなるように構成されたことを特徴とする。
A third aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, and as shown in FIGS. 4 and 5, the plurality of
本発明の第4の観点は、図3に示すように、請求項1ないし3いずれか1項に記載の熱交換器が、ターボ過給機12により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ13として用いられるエンジンの吸気冷却装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, as shown in FIG. 3, the heat exchanger according to any one of
本発明の第5の観点は、請求項1ないし3いずれか1項に記載の熱交換器が、エンジンの排気通路から吸気通路に還流されるEGRガスを冷却するEGRクーラとして用いられるエンジンの吸気冷却装置である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an intake air for an engine in which the heat exchanger according to any one of
本発明の第1の観点の熱交換器では、流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブを通過する流体の流通抵抗が最も大きく、流体が通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように形成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過する流体の流通抵抗が小さくなっていき、流体が通過し易くなっていく。この結果、流体は、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くの流体が流入するという偏りを抑制できる。従って、流体が複数本のチューブ全体に分散して流れるので、熱交換器の熱交換性能を向上できる。また流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブへの流体の流入量が減少するとともに、流体が流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなって流体の速度が低下する。この結果、流体が流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこの流体が効率良く冷媒又は熱媒により冷却又は加熱されるので、熱交換器の総合的な熱交換性能の向上を図ることもできる。更に接続ダクトの外板、主ガイドベーン及び副ガイドベーンが比較的複雑な形状に形成されているため、これらの部材の加工工数及び溶接工数が増大してしまう従来のディーゼル機関用過給気冷却器の入口ダクトと比較して、本発明では、入口側タンク内にガイドベーンを設けることなく、チューブの比較的簡単な形状の変更で、一部のチューブへの流体の流れの偏りを抑制でき、熱交換性能を向上できる。 In the heat exchanger according to the first aspect of the present invention, since the hole area in the horizontal stage of the tube facing the fluid inlet is the smallest, the flow resistance of the fluid passing through the tube facing the fluid inlet is reduced. Largest and difficult for fluids to pass through. Further, since the hole area of the tube is increased for each of the plurality of horizontal stages or for each horizontal stage as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction, the fluid that passes through the tube as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction. The flow resistance of the fluid becomes smaller and the fluid becomes easier to pass through. As a result, the fluid positively tries to pass through the tube that is separated from the fluid introduction port in the vertical direction, so that a bias that a large amount of fluid flows into the tube facing the fluid introduction port can be suppressed. Accordingly, since the fluid flows in a distributed manner over the plurality of tubes, the heat exchange performance of the heat exchanger can be improved. In addition, since the hole area in the horizontal stage of the tube facing the fluid introduction port is formed to be the smallest, the amount of fluid flowing into the tube facing the fluid introduction port is reduced and the tube where the fluid faces the fluid introduction port The resistance at the time of circulation increases, and the speed of the fluid decreases. As a result, since the fluid is efficiently cooled or heated by the refrigerant or the heat medium when the fluid passes through the tube facing the fluid inlet, the overall heat exchange performance of the heat exchanger is improved. You can also. Further, since the outer plate of the connection duct, the main guide vane and the sub guide vane are formed in a relatively complicated shape, the conventional supercharged air cooling for diesel engines that increases the number of processing steps and welding steps of these members. Compared with the inlet duct of the vessel, the present invention can suppress the deviation of the fluid flow to some tubes by changing the shape of the tubes relatively easily without providing guide vanes in the inlet side tank. , Heat exchange performance can be improved.
本発明の第2の観点の熱交換器では、各水平段における単一本又は複数本のチューブが同一幅内に収まるように構成されかつ流体導入口に対向する水平段におけるチューブの本数が最も多く形成されているため、流体導入口に対向するチューブを通過する流体の流通抵抗が最も大きく、流体が通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブ本数が複数の水平段毎又は各水平段毎に少なくなるように構成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過する流体の流通抵抗が小さくなっていき、流体が通過し易くなっていく。この結果、流体は、上記と同様に、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くの流体が流入するという偏りを抑制できる。また各水平段における単一本又は複数本のチューブが同一幅内に収まるように構成されかつ流体導入口に対向する水平段におけるチューブの本数が最も多く形成されているため、流体導入口に対向するチューブへの流体の流入量が減少するとともに、流体が流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなって流体の速度が低下する。この結果、上記と同様に、流体が流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこの流体が効率良く冷媒又は熱媒により冷却又は加熱されるので、熱交換器の総合的な熱交換性能の向上を図ることもできる。 In the heat exchanger according to the second aspect of the present invention, a single tube or a plurality of tubes in each horizontal stage are configured to be within the same width, and the number of tubes in the horizontal stage facing the fluid inlet is the largest. Since many are formed, the flow resistance of the fluid passing through the tube facing the fluid introduction port is the largest, and the fluid hardly passes. In addition, since the number of tubes decreases for each of the plurality of horizontal stages or for each horizontal stage as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction, the flow of the fluid that passes through the tubes as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction. The resistance becomes smaller and the fluid easily passes. As a result, similar to the above, the fluid actively attempts to pass through a tube that is vertically away from the fluid inlet, thus suppressing the bias that a large amount of fluid flows into the tube facing the fluid inlet. it can. In addition, a single tube or a plurality of tubes in each horizontal stage are configured to fit within the same width, and the number of tubes in the horizontal stage facing the fluid inlet is the largest, so that it faces the fluid inlet. As the amount of fluid flowing into the tube decreases, the resistance when the fluid flows through the tube facing the fluid inlet increases and the speed of the fluid decreases. As a result, as described above, when the fluid passes through the tube facing the fluid inlet, the fluid is efficiently cooled or heated by the refrigerant or the heat medium. The performance can also be improved.
本発明の第3の観点の熱交換器では、複数本のチューブがそれぞれ同一の幅を有しかつ流体導入口に対向するチューブの高さが最も低く形成されているため、流体導入口に対向するチューブを通過する流体の流通抵抗が最も大きく、流体が通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの高さが複数の水平段毎又は各水平段毎に高くなるように構成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過する流体の流通抵抗が小さくなっていき、流体が通過し易くなっていく。この結果、流体は、上記と同様に、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くの流体が流入するという偏りを抑制できる。また複数本のチューブがそれぞれ同一の幅を有しかつ流体導入口に対向するチューブの高さが最も低く形成されているため、流体導入口に対向するチューブへの流体の流入量が減少するとともに、流体が流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなって流体の速度が低下する。この結果、上記と同様に、流体が流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこの流体が効率良く冷媒又は熱媒により冷却又は加熱されるので、熱交換器の総合的な熱交換性能の向上を図ることもできる。 In the heat exchanger according to the third aspect of the present invention, since the plurality of tubes have the same width and the height of the tube facing the fluid inlet is the lowest, it faces the fluid inlet. The flow resistance of the fluid passing through the tube is the largest, and the fluid is difficult to pass. In addition, since the height of the tube is increased for each of the plurality of horizontal stages or for each horizontal stage as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction, the fluid that passes through the tube as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction. The flow resistance of the fluid becomes smaller and the fluid becomes easier to pass through. As a result, similar to the above, the fluid actively attempts to pass through a tube that is vertically away from the fluid inlet, thus suppressing the bias that a large amount of fluid flows into the tube facing the fluid inlet. it can. In addition, since the plurality of tubes have the same width and the height of the tube facing the fluid introduction port is the lowest, the amount of fluid flowing into the tube facing the fluid introduction port is reduced. The resistance when the fluid flows through the tube facing the fluid inlet increases and the speed of the fluid decreases. As a result, as described above, when the fluid passes through the tube facing the fluid inlet, the fluid is efficiently cooled or heated by the refrigerant or the heat medium. The performance can also be improved.
本発明の第4の観点の吸気冷却装置では、流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、ターボ過給機により圧縮された吸気のうち流体導入口に対向するチューブを通過する吸気の流通抵抗が最も大きく、吸気が通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように形成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過する吸気の流通抵抗が小さくなっていき、吸気が通過し易くなっていく。この結果、吸気は、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くの吸気が流入するという偏りを抑制できる。従って、吸気が複数本のチューブ全体に分散して流れるので、インタクーラの冷却性能を向上できる。また流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブへの吸気の流入量が減少するとともに、吸気が流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなって吸気の速度が低下する。この結果、吸気が流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこの吸気が効率良く外気により冷却されるので、インタクーラの総合的な冷却性能の向上を図ることもできる。 In the intake air cooling device according to the fourth aspect of the present invention, since the hole area in the horizontal stage of the tube facing the fluid introduction port is formed to be the smallest, the intake air compressed out by the turbocharger is formed in the fluid introduction port. The flow resistance of the intake air passing through the opposite tubes is the largest, and the intake air is difficult to pass. In addition, since the hole area of the tube is formed so as to increase for each of the plurality of horizontal stages or for each horizontal stage as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction, the intake air that passes through the tube as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction. As the flow resistance decreases, the intake air becomes easier to pass. As a result, since the intake air actively attempts to pass through the tube that is separated from the fluid introduction port in the vertical direction, the bias that a large amount of intake air flows into the tube facing the fluid introduction port can be suppressed. Accordingly, since the intake air flows in a distributed manner across the plurality of tubes, the cooling performance of the intercooler can be improved. Further, since the hole area in the horizontal stage of the tube facing the fluid introduction port is formed to be the smallest, the amount of intake air flowing into the tube facing the fluid introduction port decreases, and the tube where the intake air faces the fluid introduction port The resistance at the time of circulation increases and the speed of intake decreases. As a result, since the intake air is efficiently cooled by the outside air when the intake air passes through the tube facing the fluid inlet, it is possible to improve the overall cooling performance of the intercooler.
本発明の第5の観点の吸気冷却装置では、流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブを通過するEGRガスの流通抵抗が最も大きく、EGRガスが通過し難い。また流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように形成されているため、流体導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブを通過するEGRガスの流通抵抗が小さくなっていき、EGRガスが通過し易くなっていく。この結果、EGRガスは、流体導入口から鉛直方向に離れているチューブを積極的に通過しようとするので、流体導入口に対向するチューブに多くのEGRガスが流入するという偏りを抑制できる。従って、EGRガスが複数本のチューブ全体に分散して流れるので、EGRクーラの冷却性能を向上できる。また流体導入口に対向するチューブの水平段における孔面積が最も小さく形成されているため、流体導入口に対向するチューブへのEGRガスの流入量が減少するとともに、EGRガスが流体導入口に対向するチューブを流通する際の抵抗が大きくなってEGRガスの速度が低下する。この結果、EGRガスが流体導入口に対向するチューブを通過しているときにこのEGRガスが効率良く外気により冷却されるので、EGRクーラの総合的な冷却性能の向上を図ることもできる。 In the intake air cooling device of the fifth aspect of the present invention, since the hole area in the horizontal stage of the tube facing the fluid introduction port is formed to be the smallest, the flow resistance of EGR gas passing through the tube facing the fluid introduction port The EGR gas is difficult to pass through. Further, since the hole area of the tube is increased for each of the plurality of horizontal stages or for each horizontal stage as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction, EGR passes through the tube as the distance from the fluid introduction port increases in the vertical direction. The gas flow resistance becomes smaller and the EGR gas easily passes. As a result, since the EGR gas actively attempts to pass through the tube that is separated from the fluid inlet in the vertical direction, it is possible to suppress the bias that a large amount of EGR gas flows into the tube facing the fluid inlet. Accordingly, since the EGR gas flows in a distributed manner across the plurality of tubes, the cooling performance of the EGR cooler can be improved. Further, since the hole area in the horizontal stage of the tube facing the fluid inlet is formed to be the smallest, the amount of EGR gas flowing into the tube facing the fluid inlet is reduced, and the EGR gas faces the fluid inlet. The resistance at the time of flowing through the tube increases and the speed of the EGR gas decreases. As a result, since the EGR gas is efficiently cooled by the outside air when the EGR gas passes through the tube facing the fluid inlet, the overall cooling performance of the EGR cooler can be improved.
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
<第1の実施の形態>
図3に示すように、ディーゼルエンジン11の吸気冷却装置は、ターボ過給機12により圧縮された吸気(吸入空気)を冷却するインタクーラ13を備える。エンジン11の吸気ポートには吸気マニホルド14を通して吸気管16の一端が接続され、吸気管16の他端にはエアクリーナ17が取付けられ、上記インタクーラ13は吸気管16の途中に設けられる。またエンジン11の排気ポートには排気マニホルド18を通して排気管19の一端が接続され、排気管19の他端は大気に開放される。ターボ過給機12は、エンジン11から排出される排気(排ガス)のエネルギにより回転するタービン回転翼12aと、このタービン回転翼12aにシャフト12bを介して連結されエンジン11に供給される吸気を圧縮するコンプレッサ回転翼12cとを有する。タービン回転翼12aはタービンハウジング12dに回転可能に収容され、コンプレッサ回転翼12cはコンプレッサハウジング12eに回転可能に収容される。タービンハウジング12dの入口は排気マニホルド18に接続され、タービンハウジング12dの出口は排気管19に接続される。またコンプレッサハウジング12eの入口はエアクリーナ17側の吸気管16に接続され、コンプレッサハウジング12eの出口はインタクーラ13側の吸気管16に接続される。
Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
As shown in FIG. 3, the intake air cooling device of the
インタクーラ13は、図1及び図2に詳しく示すように、水平方向に延びかつ鉛直方向に間隔をあけて配設された複数本のチューブ21a〜23aと、これらのチューブ21a〜23aの間に配設された複数枚のフィン24と、チューブ21a〜23aの吸気入口側に設けられた単一の入口側タンク25と、チューブ21a〜23aの吸気出口側に設けられた単一の出口側タンク26とを有する。複数本のチューブ21a〜23a内には吸気の通過する扁平通路が形成され、複数枚のフィン24は鉛直方向に間隔をあけて隣り合うチューブ21a〜23aに交互に接触するように正弦波からなる波板状に形成される。また入口側タンク25及び出口側タンク26は略直方体状に形成され、入口側タンク25は複数本のチューブ21a〜23a全ての吸気入口に連通接続され、出口側タンク26は複数本のチューブ21a〜23a全ての吸気出口に連通接続される。入口側タンク25の上部にはこの入口側タンク25に吸気を流入するための吸気導入口25aが形成され、この吸気導入口25aはコンプレッサハウジング12e側の吸気管16に接続される。また出口側タンク26の上部にはこの出口側タンク26から吸気を排出するための吸気排出口26aが形成され、この吸気排出口26aは吸気マニホルド14側の吸気管16に接続される。なお、この実施の形態では、フィンを正弦波からなる波板状に形成したが、三角波からなる波板状に形成してもよい。
As shown in detail in FIGS. 1 and 2, the
インタクーラ13の複数本のチューブ21a〜23aのうち吸気導入口25aに対向するチューブ21aの水平段における孔面積が最も小さく形成され、吸気導入口25aから鉛直方向に離れるに従ってチューブ22a,23aの孔面積が複数の水平段毎に大きくなるように構成される。この実施の形態では、複数本のチューブ21a〜23aがそれぞれ同一の長さを有し、複数本のチューブ21a〜23aがそれぞれ同一の高さを有する。また各水平段におけるチューブ21a〜23aが同一幅内に収まるように幅方向に単一本又は複数本設けられる。但し、図1において、各水平段におけるチューブ群21〜23の左端から右端までの距離が同一になるように設定され、かつ同一水平段に複数のチューブが設けられる場合、これらのチューブの間隔はチューブ群全体で同一に設定される。更に複数本のチューブ21a〜23aのうち吸気導入口25aに対向する水平段におけるチューブ21aの本数が最も多く形成され、吸気導入口25aから鉛直方向に離れるに従ってチューブ22a,23aの本数が複数の水平段毎に少なくなるように構成される。
Of the plurality of
具体例として、複数のチューブ21a〜23aが鉛直方向に間隔をあけて24段設けられる場合を説明する。これらのチューブ21a〜23aのうち上から8段のチューブ群を各水平段に3本ずつのチューブ21aが設けられた第1チューブ群21とする。また第1チューブ群21直下の8段のチューブ群を各水平段に2本ずつのチューブ22aが設けられた第2チューブ群22とする。更に第2チューブ群22直下の8段のチューブ群を各水平段に1本ずつのチューブ23aが設けられた第3チューブ群23とする。即ち、各水平段におけるチューブ21a〜23aが同一幅内に収まるように幅方向に3本〜1本設けられているため、第1チューブ群21の各チューブ21aの幅をW1とし、第2チューブ群22の各チューブ22aの幅をW2とし、第3チューブ群23の各チューブ23aの幅をW3とするとき、3W1<2W2<W3という関係が満たされる。また各チューブ21a〜23aの高さH(図1)は全て同一であるため、第1チューブ群21の各チューブ21aの孔面積をS1とし、第2チューブ群22の各チューブ22aの孔面積をS2とし、第3チューブ群23の各チューブ23aの孔面積をS3とするとき、第1〜第3チューブ群21〜23の水平段毎のチューブ21a〜23aの孔面積は3S1<2S2<S3という関係が満たされる。なお、複数のチューブは24段ではなく、23段以下又は25段以上であってもよい。
As a specific example, a case will be described in which a plurality of
このように構成されたインタクーラ13の動作を説明する。エンジン11を始動すると、吸気(吸入空気)がエアクリーナ17、吸気管16、ターボ過給機12のコンプレッサハウジング12e、インタクーラ13及び吸気マニホルド14を通ってエンジン11のシリンダに流入し、シリンダ内で燃料と混合されて燃焼し排気(排ガス)が発生する。この排気は排気マニホルド18、ターボ過給機12のタービンハウジング12d、排気管19及び排気処理装置(図示せず)を通って大気に排出される。上記エンジン11から排出された排気のエネルギがタービン回転翼12aを回転し、この回転力がシャフト12bを介してコンプレッサ回転翼12cに伝達されてコンプレッサ回転翼12cが回転する。これにより吸気が圧縮されてその温度が上昇するため、この高温の圧縮された吸気はインタクーラ13で冷却される。
The operation of the
このときインタクーラ13の第1〜第3チューブ群21〜23の各水平段における3本〜1本のチューブ21a〜23aが同一幅内に収まり、吸気導入口25aに対向する第1チューブ群21の各水平段におけるチューブ21aの本数が3本と最も多く形成され、更に吸気導入口25aから鉛直方向に離れるに従ってチューブ22a,23aの本数が8段毎に少なくなるように形成される。具体的には、吸気導入口25aに最も近い第1チューブ群21では各水平段におけるチューブ21aの本数が3本であり、吸気導入口25aから少し離れた第2チューブ群22では各水平段におけるチューブ22aの本数が2本であり、吸気導入口25aから最も離れた第3チューブ群23では各水平段におけるチューブ23aの本数が1本であるため、第1〜第3チューブ群21〜23の水平段毎の孔面積は3S1<2S2<S3という関係になる。このため吸気導入口25aに対向する第1チューブ群21の各チューブ21aを通過する吸気の流通抵抗が最も大きく、吸気が通過し難い。また第2チューブ群22から第3チューブ群23へと吸気導入口25aから鉛直方向に離れるに従って、チューブ22a,23aを通過する吸気の流通抵抗が段階的に小さくなっていき、吸気が段階的に通過し易くなっていく。この結果、吸気は、吸気導入口25aから鉛直方向に離れているチューブ22a,23aを積極的に通過しようとするので、吸気導入口25aに対向する第1チューブ群21のチューブ21aに多くの吸気が流入するという偏りを抑制できる。
At this time, the three to one
また第1〜第3チューブ群21〜23の各水平段における3本〜1本のチューブ21a〜23aが同一幅内に収まり、かつ吸気導入口25aに対向する第1チューブ群21の各水平段におけるチューブ21aの本数が3本と最も多く形成されているため、吸気導入口25aに対向する第1チューブ群21の各チューブ21aへの吸気の流入量が減少するとともに、この吸気が第1チューブ群21の各チューブ21aを流通する際の抵抗が大きくなって吸気の速度が低下する。この結果、吸気が第1チューブ群21の各チューブ21aを通過しているときに、この吸気の持つ熱がスムーズにチューブ21a及びフィン24に伝わって外気により速やかに持ち去られるので、インタクーラ13の総合的な冷却性能の向上を図ることもできる。
In addition, the three to one
<第2の実施の形態>
図4及び図5は本発明の第2の実施の形態を示す。図4及び図5において図1及び図2と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、複数本のチューブ61a〜63aがそれぞれ同一の長さを有し、複数本のチューブ61a〜63aがそれぞれ同一の幅を有する。そして複数本のチューブ61a〜63aのうち吸気導入口25aに対向するチューブ61aの高さが最も低く形成され、吸気導入口25aから鉛直方向に離れるに従ってチューブ62a,63aの高さが複数の水平段毎又は各水平段毎に高くなるように構成される。
<Second Embodiment>
4 and 5 show a second embodiment of the present invention. 4 and 5, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same components. In this embodiment, the plurality of
具体例として、複数のチューブ61a〜63aが鉛直方向に間隔をあけて18段設けられる場合を説明する。これらのチューブ61a〜63aのうち上から8段のチューブ群を各チューブ61aの高さH1が最も低く形成された第1チューブ群61とする。また第1チューブ群61直下の6段のチューブ群を各チューブ62aの高さH2が第1チューブ群61の各チューブ61aの高さH1より高く形成された第2チューブ群62とする。更に第2チューブ群62直下の4段のチューブ群を各チューブ63aの高さH3が第2チューブ群62の各チューブ62aの高さH2より高く形成された第3チューブ群63とする。即ち、各チューブ61a〜63aの幅Wが全て同一であり、H1<H2<H3であるため、第1チューブ群61の各チューブ61aの孔面積をS1とし、第2チューブ群62の各チューブ62aの孔面積をS2とし、第3チューブ群63の各チューブ63aの孔面積をS3とするとき、S1<S2<S3という関係が満たされる。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。なお、複数のチューブは18段でななく、17段以下又は19段以上であってもよい。
As a specific example, a case where a plurality of
このように構成されたインタクーラ53の動作を説明する。第1〜第3チューブ群61〜63の各チューブ61a〜63aがそれぞれ同一の幅Wを有し、吸気導入口25aに対向する第1チューブ群61の各チューブ61aの高さがH1と最も低く形成され、更に吸気導入口25aから鉛直方向に離れるに従ってチューブ62a,63aの高さが8段毎に低くなるように形成される。具体的には、吸気導入口25aに最も近い第1チューブ群61では各水平段におけるチューブ61aの高さがH1と最も低く形成され、吸気導入口25aから少し離れた第2チューブ群62では各水平段におけるチューブ62aの高さH2が次に低く形成され、吸気導入口25aから最も離れた第3チューブ群63では各水平段におけるチューブ63aの高さH3が最も高く形成されるため、第1〜第3チューブ群61〜63の水平段毎の孔面積はS1<S2<S3という関係になる。このため吸気導入口25aに対向する第1チューブ群61の各チューブ61aを通過する吸気の流通抵抗が最も大きく、吸気が通過し難い。また第2チューブ群62から第3チューブ群63へと吸気導入口25aから鉛直方向に離れるに従って、チューブ62a,63aを通過する吸気の流通抵抗が段階的に小さくなっていき、吸気が段階的に通過し易くなっていく。この結果、吸気は、吸気導入口25aから鉛直方向に離れているチューブ62a,63aを積極的に通過しようとするので、吸気導入口25aに対向する第1チューブ群61のチューブ61aに多くの吸気が流入するという偏りを抑制できる。
The operation of the
また第1〜第3チューブ群61〜63の各チューブ61a〜63aが同一の幅Wを有し、かつ吸気導入口25aに対向する第1チューブ群61の各チューブ61aの高さH1が最も低く形成されているため、吸気導入口25aに対向する第1チューブ群61の各チューブ61aへの吸気の流入量が減少するとともに、この吸気が第1チューブ群61の各チューブ61aを流通する際の抵抗が大きくなって吸気の速度が低下する。この結果、吸気が第1チューブ群61の各チューブ61aを通過しているときに、この吸気の持つ熱がスムーズにチューブ61a及びフィン24に伝わって外気により速やかに持ち去られるので、インタクーラ53の総合的な冷却性能の向上を図ることもできる。
The first to
なお、上記第1及び第2の実施の形態では、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が複数の水平段毎に大きくなるように構成したが、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの孔面積が各水平段毎に大きくなるように構成してもよい。具体的には、第1の実施の形態では、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの本数が複数の水平段毎に少なくなるように構成したが、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの本数が各水平段毎に少なくなるように構成してもよい。また第2の実施の形態では、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの高さが複数の水平段毎に高くなるように構成したが、吸気導入口から鉛直方向に離れるに従ってチューブの高さが各水平段毎に高くなるように構成してもよい。 In the first and second embodiments, the hole area of the tube is increased for each of the plurality of horizontal stages as the distance from the intake inlet is increased in the vertical direction, but the distance from the intake inlet is increased in the vertical direction. Accordingly, the hole area of the tube may be increased for each horizontal stage. Specifically, in the first embodiment, the configuration is such that the number of tubes decreases for each of a plurality of horizontal stages as the distance from the intake inlet increases in the vertical direction. You may comprise so that the number of may decrease for every horizontal stage. In the second embodiment, the height of the tube is increased for each of the plurality of horizontal stages as the distance from the intake inlet is increased in the vertical direction. However, the height of the tube is increased as the distance from the intake inlet is increased in the vertical direction. May be configured to be higher for each horizontal stage.
また、上記第1及び第2の実施の形態では、吸気導入口を入口側タンクの上部に形成し、吸気排出口を出口側タンクの上部に形成したが、吸気導入口を入口側タンクの下部に形成し、吸気排出口を出口側タンクの下部に形成してもよい。この場合、下から8段のチューブ群を各水平段に3本ずつのチューブが設けられた第1チューブ群とし、第1チューブ群直上の8段のチューブ群を各水平段に2本ずつのチューブが設けられた第2チューブ群とし、第2チューブ群直上の8段のチューブ群を各水平段に1本ずつのチューブが設けられた第3チューブ群とする。また吸気導入口を入口側タンクの上部に形成し、吸気排出口を出口側タンクの下部に形成しても本発明を適用できる。これは、吸気排出口を出口側タンクの下部に形成しても、吸気導入口を入口側タンクの上部に形成した場合、入口側タンクの上部に流入した吸気がそのまま真っ直ぐに進んで上部のチューブに流入し易い傾向にあるためである。 In the first and second embodiments, the intake inlet is formed in the upper part of the inlet side tank and the intake outlet is formed in the upper part of the outlet side tank. And an intake outlet may be formed in the lower part of the outlet side tank. In this case, the eight-stage tube group from the bottom is the first tube group in which three tubes are provided in each horizontal stage, and the eight-stage tube group immediately above the first tube group is two in each horizontal stage. The second tube group is provided with a tube, and the eight-stage tube group immediately above the second tube group is a third tube group in which one tube is provided in each horizontal stage. The present invention can also be applied by forming the intake inlet at the upper part of the inlet side tank and forming the intake outlet at the lower part of the outlet side tank. This is because even if the intake exhaust port is formed in the lower part of the outlet side tank, if the intake introduction port is formed in the upper part of the inlet side tank, the intake air that has flowed into the upper part of the inlet side tank proceeds straight as it is. This is because it tends to flow into the water.
更に、上記第1及び第2の実施の形態では、熱交換器として、ターボ過給機により圧縮された吸気を冷却するインタクーラを挙げたが、エンジンの排気通路から吸気通路に還流されるEGRガスを冷却するEGRクーラ、或いはその他の熱交換器であってもよい。 Furthermore, in the first and second embodiments, the intercooler that cools the intake air compressed by the turbocharger is cited as the heat exchanger. However, the EGR gas that is recirculated from the exhaust passage of the engine to the intake passage. It may be an EGR cooler that cools the heat exchanger or other heat exchanger.
12 ターボ過給機
13,53 インタクーラ(熱交換器)
21a〜23a,61a〜63a チューブ
24 フィン
25 入口側タンク
25a 吸気導入口(流体導入口)
26 出口側タンク
26a 吸気排出口(流体排出口)
12
21a-23a, 61a-
26
Claims (5)
前記複数本のチューブ(21a〜23a,61a〜63a)のうち前記流体導入口(25a)に対向するチューブ(21a〜23a,61a〜63a)の水平段における孔面積が最も小さく形成され、前記流体導入口(25a)から鉛直方向に離れるに従って前記チューブ(21a〜23a,61a〜63a)の孔面積が複数の水平段毎又は各水平段毎に大きくなるように構成されたことを特徴とする熱交換器。 A plurality of tubes (21a to 23a, 61a to 63a) in which a flat passage through which a fluid passes inside is formed, extending in the horizontal direction and spaced in the vertical direction, and these tubes (21a to 23a, 61a to 63a) and a plurality of fins (24) formed in a corrugated plate so as to alternately contact adjacent tubes (21a to 23a, 61a to 63a), and the tubes (21a to 63a) A single inlet-side tank (25) provided on the fluid inlet side of the plurality of tubes (21a-23a, 61a-63a) and connected to the fluid inlet of the plurality of tubes (21a, 61a-63a), and the tubes (21a A single outlet side tank (26) provided on the fluid outlet side of the plurality of tubes (21a to 23a, 61a to 63a) and connected to the fluid outlet of the plurality of tubes (21a to 23a, 61a to 63a), and the inlet side A fluid inlet (25a) formed in the tank (25) for introducing the fluid into the inlet side tank (25), and formed in the outlet side tank (26) and forward from the outlet side tank (26). In the heat exchanger having a fluid outlet for discharging the fluid and (26a),
Of the plurality of tubes (21a-23a, 61a-63a), the hole area in the horizontal stage of the tubes (21a-23a, 61a-63a) facing the fluid inlet (25a) is formed to be the smallest, and the fluid The heat is characterized in that the hole area of the tubes (21a to 23a, 61a to 63a) is configured to increase for each of the plurality of horizontal stages or for each horizontal stage as the distance from the introduction port (25a) increases in the vertical direction. Exchanger.
前記複数本のチューブ(21a〜23a)がそれぞれ同一の高さを有し、
各水平段におけるチューブ(21a〜23a)が同一幅内に収まるように幅方向に単一本又は複数本設けられ、
前記複数本のチューブ(21a〜23a)のうち前記流体導入口(25a)に対向する水平段におけるチューブ(21a)の本数が最も多く形成され、前記流体導入口(25a)から鉛直方向に離れるに従ってチューブ(22a,23a)の本数が複数の水平段毎又は各水平段毎に少なくなるように構成された請求項1記載の熱交換器。 The plurality of tubes (21a to 23a) each have the same length,
The plurality of tubes (21a to 23a) each have the same height,
Single or multiple tubes are provided in the width direction so that the tubes (21a to 23a) in each horizontal stage fit within the same width,
Among the plurality of tubes (21a-23a), the number of tubes (21a) in the horizontal stage facing the fluid inlet (25a) is the largest, and as the distance from the fluid inlet (25a) increases in the vertical direction. The heat exchanger according to claim 1, wherein the number of the tubes (22a, 23a) is configured to be reduced for each of a plurality of horizontal stages or each horizontal stage.
前記複数本のチューブ(61a〜63a)がそれぞれ同一の幅を有し、
前記複数本のチューブ(61a〜63a)のうち前記流体導入口(25a)に対向するチューブ(61a)の高さが最も低く形成され、前記流体導入口(25a)から鉛直方向に離れるに従って前記チューブ(62a,63a)の高さが複数の水平段毎又は各水平段毎に高くなるように構成された請求項1記載の熱交換器。 Each of the plurality of tubes (61a to 63a) has the same length,
The plurality of tubes (61a to 63a) each have the same width,
Of the plurality of tubes (61a-63a), the height of the tube (61a) facing the fluid inlet (25a) is formed to be the lowest, and the tube as the distance from the fluid inlet (25a) increases in the vertical direction. The heat exchanger according to claim 1, wherein the height of (62a, 63a) is configured to be higher for each of a plurality of horizontal stages or for each horizontal stage.
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